matlab通信仿真課程設計

1、matlab通信仿真設計課程設計指導書2009年11月課程設計題目1：調幅廣播系統(tǒng)的仿真設計模擬幅度調制是無線電最早期的遠距離傳輸技術。在幅度調制中，以聲音信號控制高頻率正弦信號的幅度，并將幅度變化的高頻率正弦信號放大后通過天線發(fā)射出去，成為電磁波輻射。波動的電信號要能夠有效地從天線發(fā)送出去，或者有效地從天線將信號接收回來，需要天線的等效長度至少達到波長的1/4。聲音轉換為電信號后其波長約在151500km之間，實際中不可能制造出這樣長度和范圍的天線進行有效信號收發(fā)。因此需要將聲音這樣的低頻信號從低頻率段搬移到較高頻率段上去，以便通過較短的天線發(fā)射出去。人耳可聞的聲音信號通過話筒轉化為波動的電

2、信號，其頻率范圍為2020KHz。大量實驗發(fā)現(xiàn)，人耳對語音的頻率敏感區(qū)域約為3003400Hz，為了節(jié)約頻率帶寬資源，國際標準中將電話通信的傳輸頻帶規(guī)定為3003400Hz。調幅廣播除了傳輸聲音以外，還要播送音樂節(jié)目，這就需要更寬的頻帶。一般而言，調幅廣播的傳輸頻率范圍約為1006000Hz。任務一：調幅廣播系統(tǒng)的仿真。采用接收濾波器AnalogFilterDesign模塊，在同一示波器上觀察調幅信號在未加入噪聲和加入噪聲后經過濾波器后的波形。采用另外兩個相同的接收濾波器模塊，分別對純信號和純噪聲濾波，利用統(tǒng)計模塊計算輸出信號功率和噪聲功率，繼而計算輸出信噪比，用Disply顯示結果。實例1：

3、對中波調幅廣播傳輸系統(tǒng)進行仿真，模型參數指標如下。1基帶信號：音頻，最大幅度為1?；鶐y試信號頻率在1006000Hz內可調。2載波：給定幅度的正弦波，為簡單起見，初相位設為0,頻率為5501605Hz內可調。3.接收機選頻放大濾波器帶寬為12KHz，中心頻率為1000kHz。4在信道中加入噪聲。當調制度為時，設計接收機選頻濾波器輸出信噪比為20dB，要求計算信道中應該加入噪聲的方差，并能夠測量接收機選頻濾波器實際輸出信噪比。仿真參數設計：系統(tǒng)工作最高頻率為調幅載波頻率1605KHz，設計仿真采樣率為最高工作頻率的10倍，因此取仿真步長為1t二二6.23x10-8s(1-1)step10fma

4、x相應的仿真帶寬為仿真采樣率的一半，即1W二二8025.7KHz(1-2)2tstep設基帶測試正弦信號為m(t)二Acos2nFt,載波為c(t)=cos2nft，則調制度為m的調ca制輸出信號s(t)為s(t)=(1+mcos2kFt)cos2兀ft(1-3)ac容易求出，s(t)的平均功率為(1-4)設信道無衰減，其中加入的白噪聲功率譜密度為樣值的方差為N/2，那么仿真帶寬（-W，W）內噪聲(1-5)設接收選頻濾波器的功率增益為1,帶寬為B,則選頻濾波器輸出噪聲功率為(1-6)因此，接收選頻濾波器輸出信噪比為PPSNR=ouNNBb2B/Wo(1-7)所以信道中的噪聲方差為PWb2=XS

5、NRBout根據上面的公式，編程計算出噪聲的方差，并將方差值和其它已知值作為仿真系統(tǒng)的參數。(1-8)圖1-1中波調幅廣播傳輸系統(tǒng)仿真參考模型接收通道濾波器用AnalogFilterDesign模塊實現(xiàn)，可設置為2階帶通的。為了能夠測量輸出信噪比，以參數完全相同的另外兩個濾波器模塊分別對純信號和純噪聲濾波，最后利用統(tǒng)計模塊計算輸出信號功率和噪聲功率，繼而計算輸出信噪比，通過Display顯示。任務二：調幅的包絡檢波和相干解調性能仿真比較。根據通信理論，以解調輸出信噪比衡量的同步相干解調性能總是優(yōu)于包絡檢波性能。在輸入高信噪比條件下，包絡檢波接近同步相干解調的性能，而隨著輸入信噪比逐漸降低，包絡

6、檢波性能也逐漸變壞，當輸入信噪比下降到某一值時，包絡檢波輸出信噪比將急劇下降，這種現(xiàn)象稱為包絡檢波的門限效應。實例2：以實例1為傳輸模型，在不同輸入信噪比條件下仿真測量包絡檢波解調和同步相干解調對調幅波的解調輸出信噪比，觀察包絡檢波解調的門限效應。圖1-2所示的仿真模型用于測量包絡檢波的門限效應，發(fā)送的調幅波參數以及仿真步進與實例1相同。首先，調幅信號通過AWGN信道后，分別送入包絡檢波器和同步相干解調器。包絡檢波器由Saturation模塊來模擬具有單向導通性能的檢波二極管，模塊的上下門限分別設置為inf和0。同步相干所使用的載波是理想的，直接從發(fā)送端載波引入。兩解調器后接的低通濾波器相同。

7、解調后的兩路信號送到示波器顯示，同時送入信噪比測試模塊，即圖中的子系統(tǒng)SNRDetection，其內部如圖1-3所示。在SNRDetection模塊中，輸入的兩路解調信號通過濾波器將信號和噪聲近似分離，以分別計算信號和噪聲分量的功率，進而計算信噪比。兩個帶通濾波器參數相同，其中心頻率為1000Hz，帶寬為200Hz，對應于發(fā)送基帶測試信號頻率，其輸出近似視為純信號分量。兩個帶阻濾波器參數也相同，其中心頻率為1000Hz，帶寬為200Hz，其輸出可近似為信號中的噪聲分量。之后，通過零階保持模塊將信號離散化，再由buffer模塊和方差模塊計算出信號和噪聲的功率，buffer緩沖區(qū)長設置為+005個

8、樣值，這樣將在內進行一次統(tǒng)計計算。最后，由分貝轉換模塊dBConversion和Fen函數模塊計算出兩解調器的輸出信噪比。計算輸出Display顯示的同時，也送入工作空間，以便能夠編程作出兩解調性能曲線，ToWorkspace模塊設置為只將最后一次仿真結果以數組(Array)格式送入工作空間，變量名為SNR_out，它含有2個元素，即兩個解調輸出信號的檢測信噪比。當設置信道噪聲方差等于1時，執(zhí)行仿真所得到的解調信號波形如圖1-4所示。可以看出，相干解調輸出波形中，噪聲成分相對要小一些。FilterDe£igri2：i.口nstaritFToductl希干;H!調RandomNunib

9、er包絡檢波和相干解調性能測試仿宜稅型文件名:eMl2.mdlAnalu口FilterDesign1Scope欄調SNR測量結果輸出d日FillerDacigrij：圖1-3解調輸出信噪比近似于測量子系統(tǒng)SNRDetection的內部結構圖1-4噪聲方差為1時的解調信號波形仿真結果任務三：用matlab編程方法，得出解調性能曲線。通過編程方法，連續(xù)改變輸入信號信噪比，用以計算出對應的方差，每計算一個方差后調用一次，從而獲得在Workspace中的數據SNR_out,通過matlab繪圖的方法將包絡檢波和相干解調的信噪比與輸入信噪比的關系繪于同一圖，比較其性能。在matlab空間調用的函數是si

10、m(')。課程設計題目2：模擬信號的數字化基帶信號的采樣定理是指，對于一個頻譜寬度為BHz的基帶信號，可惟一地被均勻間隔不大于1/(2B)秒的樣值序列所確定。采樣定理表明，如果以不小于1/(2B)次/秒的速率對基帶模擬信號均勻采樣，那么所得到樣值序列就包含了基帶信號的全部信息，這時對該序列可以無失真地重建對應的基帶模擬信號。例如，電話話音信號的最高頻率為3400Hz,為了保證無失真采樣，對其進行采樣的最低速率必須大于等于6800次/秒，考慮到實際低通濾波器的非理想特性，數字電話通信系統(tǒng)中規(guī)定采樣率為8000次/秒。為了保證在足夠大的動態(tài)范圍內數字電話話音具有足夠高的信噪比，提出了非均勻

11、量化：在小信號時采用較小的量化間距，而在大信號時用大的量化間距。在數學上，非均勻量化等價于對輸入信號進行動態(tài)范圍壓縮后再進行均勻量化。小信號通過壓縮器時增益大，大信號通過壓縮器時增益小。這樣就使小信號在均勻量化之前得到較大的放大，等價于以較小間距直接對小信號進行量化，而以較大間距對大信號進行量化。在接收端要進行相應的反變換，即擴張?zhí)幚?，以補償壓縮過程引起的信號非線性失真。中國和歐洲的PCM數字電話系統(tǒng)采用A律壓擴方式，即：Ax1+InA冊口lnAW)(2-1)壓縮系數A=。A律壓縮擴張曲線可用折線來近似，16段折線點是：x=-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64

12、,-1/128,0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1y=-1,-7/8,-6/8,-5/8,-4/8,-3/8,-2/8,-1/8,0,1/8,2/8,3/8,4/8,5/8,6/8,7/8,1其中靠近原點的4根折線斜率相等，可視為一段，因此總折線數為13段，稱為13段折線近似。用Simulink中的Look-UpTable查表模塊可以實現(xiàn)對13折線近似的壓縮擴張計算的建模，壓縮模塊的輸入向量設置為：-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64,-1/128,0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1輸

13、出量向量設置為：-1:1/8:1。擴張模塊的設置與壓縮模塊的設置相反。任務一：PCM編碼PCM是脈沖編碼調制的簡稱，是現(xiàn)代數字電話系統(tǒng)的標準語音編碼方式。A律PCM數字電話系統(tǒng)中規(guī)定：傳輸語音的信號頻段為3003400Hz，采樣率為8000次/s，對樣值進行13折線壓縮后編碼為8位二數字序列。因此，PCM編碼輸出的數碼速率為64kbps。PCM編碼的二進制序列中，每個樣值用8位二進制碼表示，其中最高比特位表示樣值的正負極性，規(guī)定負值用0表示，正值用1表示。接下來的3位比特表示樣值的絕對值所在的8段折線的段落號，最后4位是樣值處于段落內16個均勻間隔上的間隔序號。在數學上，PCM編碼較低的7位相

14、當于對樣值的絕對值進行13折線近似壓縮后的7位均勻量化編碼輸出。實例1：設計一個13折線近似的PCM編碼器模型，使它能夠對取舍在-1,1內歸一化信號樣值進行編碼。測試模型和仿真結果如圖2-1所示。其中信號源用一個常數表示。以Saturation作為限幅器，Relay模塊的門限設置為0,其輸出即可作為PCM編碼輸出的最高位，即確定極性碼。樣值取絕對值后，以Look-UpTable（查表）模塊進行13折線壓縮，并用增益模塊將樣值范圍放大到0127，然后用間距為1的Quantizer模塊進行四舍五入取整量化，并用IntegertoBitConverter將整數轉換成長度為8個比特的二進制數據，最后用

15、Display模塊顯示編碼結果。將PCM編碼器封裝成一個子系統(tǒng)，整個文件模型保存為。圖2-113折線A律編碼器任務二：PCM解碼實例2：測試模型和仿真結果如圖2-2所示，其中PCM編碼子系統(tǒng)就是圖2-1中虛線所圍部分。PCM解碼器中首先分離并行數據中的最位（極性碼）和7位數據，然后將7位數據轉換為整數值，再進行歸一化、擴張后與雙極性的極性碼相乘得出解碼值。將該模型中的虛線所圍部分封裝為一個PCM解碼子系統(tǒng)。整個文件模型保存為。圖2-213折線A律解碼器任務三：PCM串行傳輸模型在以上兩個實例基礎上，建立PCM串行傳輸模型，并在傳輸信道中加入指定錯誤概率的隨機誤碼。實例3：仿真模型如圖2-3所示

16、，其中PCM編碼和解碼子系統(tǒng)內部結構參見圖2-1和圖2-2。PCM編碼輸出經過并串轉換后得到二進制碼流送入二進制對稱信道。在解碼端信道輸出的碼流經過串并轉換后送入PCM編碼，之后輸出解碼結果并顯示波形。模型中尚未對PCM解碼結果作低通濾波處理。文件模型保存為。SignaI'SerieratijiZeruUnieHeld圖2-3PCM串行傳輸模型仿真采樣率必須是仿真模型中最高信號速率的整數倍，這里模型中信道傳輸速率最高為64bps，故仿真步進設置為1/64000S。信道錯誤比特率設為，以觀察信道誤碼對PCM傳輸的影響。信號源可以采用比如200Hz的正弦波。解碼輸出存在延遲。對應于信道產生

17、誤碼的位置，解碼輸出波形中出現(xiàn)了干擾脈沖,干擾脈沖的大小取決于信道中錯誤比特位于一個PCM編碼字串中的位置，位于最高位時將導致解碼值極性錯誤，這時干擾最大，而位于最低位的誤碼引起的誤碼最輕微。通過改變BinarySymmetricChannel中的ErrorProbability的大小，觀察原信號和解碼后的輸出。一種仿真情況下的仿真結果波形如圖2-4所示。圖2-4PCM串行傳輸仿真結果任務四：修改實例3的PCM編解碼模型，測試指定誤碼率條件下PCM解碼語間信號的音質。實例4：使用Simulink中DSP模塊庫的音頻輸入模塊可以對真實音頻信號進行處理,測試模型如圖2-5所示。仿真時間20s,步進時間1/64000S。設置SBC信道的誤碼率后啟動仿真，可以聽到在指定誤碼率下傳輸的PCM解碼語音信號，Gain模塊用于調整輸入聲音信號的幅度。原聲音信號可預先錄制，格式為*.wav。文件模型保存為。LBGain